触针以及测定方法与流程

本发明涉及触针以及使用触针来测定被测定物的三维形状的测定方法。

背景技术：

以往的触针的前端形成有以单晶金刚石为原材料的球状部。使用该球状部测定被测定物的三维形状(例如，日本特许第4794753号)。

然而，在上述的现有例中，难以长期确保触针的可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供能够长期保持高可靠性的触针以及测定方法。

为了实现所述目的，本发明的一个方式的触针具备：轴部；在轴部的前端配置的单晶金刚石的突出部；以及在突出部的前端配置的单晶金刚石的球状部。在球状部的最前端部配置有单晶金刚石的{100}面，突出部在比球状部靠轴部侧的环状的区域内分布有单晶金刚石的{111}面以及单晶金刚石的{110}面，并且{110}面以及{111}面在环状的区域内突出。

如上所述，根据本发明的一个方式的触针以及测定方法，在使用触针实施被测定物的三维形状测定时能够抑制单晶金刚石的磨损，从而能够以长寿命进行测定。

附图说明

图1是用于对在实施方式中制造的触针的形状进行说明的图。

图2是用于对在实施方式中使用的单晶金刚石的晶面进行说明的图。

图3是用于对在实施方式中使用的加工装置和触针的配置进行说明的立体图。

图4是用于对实施方式的第一加工工序的铸件平板和触针的位置进行的俯视图。

图5是用于对实施方式的第二加工工序的铸件平板和触针的位置进行说明的俯视图。

图6是示出在实施方式中制造的触针的球状部以及突出部的形状测定结果的图。

具体实施方式

(本发明的基础见解)

在触针的前端部使用单晶金刚石时，存在晶面导致的硬度差，因此需要研究晶面的配置。然而，在现有例中没有针对硬度差的问题的认识，也没有关于晶面的配置的考虑。

因此，在使触针的前端部与被测定物接触而实施测定时，在前端部中，仅硬度比{111}面或{110}面低的{100}面先磨损，从而存在前端部的精度不均匀而恶化的可能性。

于是，本发明人等进行了深入研究探讨，结果通过根据晶面的硬度而将前端部的晶面设为最佳配置，从而降低了产生不均匀磨损的可能性，实现了能够长期保持高可靠性的触针以及测定方法。

以下，参照图1至图6对实施方式进行说明。

图1是用于对在实施方式中制造的触针3的形状进行说明的图。触针3具备：轴部7；球状部1，其配置在轴部7的前端部且以单晶金刚石为原材料；以及突出部2，其配置在轴部7与球状部1之间的环状的区域30且以单晶金刚石为原材料。触针3使球状部1、或球状部1和突出部2与被测定物的被测定面接触来进行被测定物的三维测定。

球状部1是最前端部由单晶金刚石的{100}面4(以下简称为{100}面4)构成的球状的面。

突出部2配置在环状的区域30，该环状的区域30配置在比球状部1靠轴部7侧的位置且与球状部1的轴部侧端缘周围相邻地配置。在环状的区域30，作为突出部2而分布有单晶金刚石的{111}面5(以下简称为{111}面5)以及单晶金刚石的{110}面6(以下简称为{110}面6)。作为一例，在环状的区域30，{111}面5与{110}面6作为突出部2而交替地配置。这些{111}面5以及{110}面6从球状部1的表面突出而构成突出部2。

在此，{100}、{111}以及{110}是表示单晶金刚石的晶面的密勒指数。

需要说明的是，作为一例，球状部1与突出部2由一个单晶金刚石原材料构成。另外，作为一例，单晶金刚石原材料钎焊于触针3的由超硬合金构成的轴部7的前端部。作为一例，轴部7的前端部是角度为30度的锥形状，在锥形状的前端部的后侧(图1中的左侧)连接有未图示的直径φ1.0mm的圆柱状的轴形状部。

图2是用于对在实施方式中使用的单晶金刚石100的晶面进行说明的图。详细而言，图2是示出在制造为触针3之前的、构成球状部1和突出部2的一个单晶金刚石100中的晶面的图。在图2的单晶金刚石100中，在将单晶金刚石的{100}面104(以下简称为{100}面104)配置在与球状部1的最前端部相当的位置即上部的情况下，在与环状的区域30的突出部2相当的位置，单晶金刚石的{111}面105(以下简称为{111}面105)配置在相对于{100}面104的上下方向的旋转角度为45度且左右方向的旋转角度为45度的位置。另外，作为突出部2的单晶金刚石的{110}面106(以下简称为{110}面106)配置在相对于{100}面104的上下方向的旋转角度为45度且将相邻的{111}面105彼此连结的方向上。

这样，利用多个{111}面105和多个{110}面106设置突出部2，从而在使触针3与被测定物的被测定面接触来实施测定时，即使在最柔软的{100}面104处发生轻微磨损，在发生磨损后，比{100}面104更硬的{111}面105以及{110}面106中的至少一方也会比{100}面104先接触。因此，能够抑制{100}面104的更大的磨损，从而长期测定正确的形状。

在此，说明触针3的制造方法。

图3是用于对在实施方式中使用的加工装置和触针3的配置进行说明的立体图。

如图3所示，用于制造本实施方式的触针3的加工装置10具备x方向驱动台14以及z方向驱动台15。在x方向驱动台14上具备旋转台16，在旋转台16上配置有能够将触针3以任意的角度旋转定位的定位轴11。另外，在z方向驱动台15上以与定位轴11对置的方式配置有主轴13，该主轴13用于使铸铁制的铸件平板12旋转。加工装置10的z方向驱动台15以及旋转台16分别能够单独地驱动。

触针3的制造方法具备第一加工工序和第二加工工序。图4是用于对实施方式的第一加工工序的铸件平板12和触针3的位置进行说明的俯视图。详细而言，图4是示出实施方式的触针3的制造方法的第一加工工序的铸件平板12与触针3之间的位置关系的俯视图。在图4中，第一工序中的球状部加工时的触针加工轨迹20示出触针3相对于铸件平板12的移动位置。图5是用于对实施方式的第二加工工序的铸件平板12和触针3的位置进行说明的俯视图。详细而言，图5是示出实施方式的触针3的制造方法的第二加工工序的铸件平板12与触针3之间的位置关系的俯视图。在图5中，第二工序中的球状部加工时的触针加工轨迹21示出触针3相对于铸件平板12的移动位置。

对本实施方式的触针3的一例进行说明。在本实施方式中，要制造的触针3的形状是图1所示那样的在轴部7的前端部具备以单晶金刚石为原材料的球状部1和突出部2的形状，{100}面4配置为球状部1的最前端部的端面。并且，作为与球状部1相邻的环状的区域30的突出部2，使{111}面5以及{110}面6以突出量为0.05μm以下的方式突出，以作为与将球状部1与突出部2看作一个球形状的情况下的误差量相当程度的量。球状部1的半径是0.02mm，且相对于中心轴的开度角为60度。本实施方式的铸件平板12使用以铸铁为原材料并已利用切削刀实施了平面加工的铸件平板，所述切削刀为超硬合金及金刚石烧结体且刃尖为r2.0mm。另外，在本实施方式中制造的触针3的前端使用通过如下方式而成的结构：将单晶金刚石片例如通过钎焊安装于直径1.0mm的超硬合金制的轴部7，并且以单晶金刚石与轴部7的开度角为30度的方式实施了锥加工。

接下来，利用图1至图5对触针3的制造方法的一例进行详细说明。

在图3中，在将铸件平板12安装于加工装置10的主轴13的状态下使之以2000rpm的速度旋转。触针3成为安装于定位轴11的状态。触针3的前端事先与加工装置10的旋转台16的旋转中心配合地配置，并且与旋转台16的旋转角度无关地定位在旋转台16的中心位置。

之后，如图3以及图4所示，作为第一加工工序，驱动加工装置10的x方向驱动台14，将触针3的前端移动至铸件平板12的外周位置。之后，驱动加工装置10的z方向驱动台15，将触针3的前端移动至与铸件平板12的平面相接的坐标。

之后，一边使定位轴11以60rpm的旋转速度沿顺时针方向旋转，一边使加工装置10的x方向驱动台14向铸件平板12的中心方向移动。此时，加工装置10的旋转台16以使触针3按照每秒0.6度的速度相对于加工装置10的主轴13的中心轴倾斜的方式驱动。一边使加工装置10的旋转台的角度相对于主轴13的中心轴渐渐倾斜一边实施研磨，直至达到触针3的与球状部1相邻的突出部2中{111}面5的角度。

之后，当达到触针3的突出部2的{111}面5的角度时，将定位轴11的旋转速度降低至6rpm，将加工装置10的旋转台16的旋转速度相应地降低至每秒0.2度，将触针3的突出部2的{111}面5的加工时间与{100}面4相比延长30倍。此时，在定位轴11旋转而达到触针3的突出部2的{110}面6的旋转角度的期间，将定位轴11的旋转速度变更为12rpm。

之后，使加工装置10的旋转台16继续倾斜，在通过触针3的突出部2的{111}面5的角度的阶段，将旋转台16的旋转速度变更为每秒0.6度，将定位轴11的旋转速度变更为60rpm。

之后，一边使加工装置10的x方向驱动台14向铸件平板12的中心方向移动一边实施研磨，直至旋转台16的倾斜角度达到62度。

之后，如图5所示，作为第二加工工序，在旋转台16的倾斜角度达到62度的时点，使旋转台16的倾斜方向反转并使加工装置10的x方向驱动台14朝着铸件平板12的外周方向驱动。此时，加工装置10的旋转台16以使触针3的轴按照每秒0.6度的速度相对于加工装置10的主轴13倾斜的方式驱动。一边使加工装置10的旋转台的角度渐渐倾斜一边实施研磨，直至达到触针3的突出部2中{111}面5的角度。

之后，在达到触针3的突出部2的{111}面5的角度时，将定位轴11的旋转速度降低至6rpm，将加工装置10的旋转台16的旋转速度相应地降低至每秒0.2度，将触针3的突出部2的{111}面5的加工时间与{100}面4相比延长30倍。此时，在定位轴11旋转而达到触针3的突出部2的{110}面6的旋转角度的期间，将定位轴11的旋转速度变更为12rpm。

之后，使加工装置10的旋转台16继续朝着0度倾斜，在通过触针3的突出部2的{111}面5的角度的阶段，将旋转台16的旋转速度变更为每秒0.6度，将定位轴11的旋转速度变更为60rpm。

之后，一边使加工装置10的x方向驱动台14向铸件平板12的外周方向移动一边实施研磨，直至旋转台16的倾斜角度达到0度。在旋转台16的倾斜角度达到0度的时点，使加工装置10的z方向驱动台15朝着铸件平板12前进0.0002mm，反复进行第一加工工序和第二加工工序直至在触针3的最前端形成球状部1和突出部2。

通过如以上那样实施加工，能够吸收因触针3的球状部1以及突出部2的原材料即单晶金刚石的晶面导致的硬度差而产生的研磨率的不同，并且能够设置具有0.05μm以下的突出量的突出部2，该突出量处于将触针3的球状部1与突出部2看作一个球形状的情况下的误差范围内。

在此，对突出部2的优选尺寸条件进行说明。使用触针3的测定机的容许测定误差精度为0.1μm以下。在将突出部2的突出量设定为大于0.05μm的情况下，当球状部1的单晶金刚石的硬度低的部分(例如，{100}面4)因与被测定物的被测定面的接触而磨损了0.05μm时会脱离容许误差。因此，突出部2的突出量优选不超过0.05μm。另外，当突出部2的突出量低于0.02μm时，在球状部1的单晶金刚石的硬度低的部分(例如{100}面4)因与被测定物的被测定面接触而磨损时，突出部2不接触被测定面。并且，硬度低的部分的磨损进展得快，从而能够维持触针3的测定精度的时间有可能缩短。因此，突出部2的突出量优选为0.02μm以上。即，在定义了通过球状部1的最前端部的球时，优选环状的区域30内的{110}面6以及{111}面5在自球的表面的突出量为0.02μm以上且0.05μm以内的范围内作为突出部2而突出。通过这种结构，能够将因单晶金刚石的磨损引起的测定精度的恶化抑制为0.05μm以下。由此，能够防止因触针的长期磨损导致的测定精度的恶化，从而实现长寿命化。

图6是示出在实施方式中制造的触针3的球状部1以及突出部2的形状测定结果的图。详细而言，图6是针对通过本加工方法制作的触针3的球状部1以及突出部2而测定出与球形状的差分的结果。触针3的中心轴与图6的x轴以及y轴的原点对应，示出了在球状部1的各角度位置处的与正球形状的差分。如图6所示，与球状部1相邻地具有突出部2，该突出部2中，触针3的{111}面5以及{110}面6比其他部位高。这样，通过将{111}面5以及{110}面6交替均等地配置在沿着最前端部的外周的环状的区域30而作为突出部2，从而尤其在测定具有倾斜度的被测定物时，突出部2优先接触被测定物。并且，突出部2的硬度相对于其他的部位(例如{100}面4)最多具有两倍的硬度，因此不易发生磨损。其结果是，触针3的磨损得到抑制，能够实现长寿命的触针3。

需要说明的是，在图6中定义了穿过球状部1的最前端部即{100}面4的球并显示与该处的差分。即，该球的球缺形成了球状部1的最前端部即{100}面4。形成{100}面4的球的半径优选为5μm以上且20μm以下。若形成{100}面4的球的半径不足5μm，则突出部2的突出量超出正球形状的差分的容许测定差分范围，因此不优选。另外，在球的半径超出20μm的情况下，球缺部的表面积比突出部2的表面积大，因此会降低减轻磨损的效果。因此，优选将球状部1的最前端部设计为由半径为5μm以上且20μm以下的球的球缺构成。

需要说明的是，虽然在本实施方式中从球状部1的前端实施加工，但也可以从球状部1的最大角度侧的端部实施加工。

需要说明的是，虽然在本实施方式中将超硬合金用作触针3的原材料，但也可以使用其他原材料。

也可以使用触针3实现对被测定物的三维形状进行测定的三维形状测定方法。例如，最初使触针3的球状部1的{100}面4与对被测定物的三维形状进行测定的被测定面接触而进行三维形状测定。接下来，在{100}面4产生磨损后，使突出部2的{111}面5或者{110}面6中的任一面与被测定面接触以继续测定。因而，能够在{100}面4的磨损不进一步发展的状态下继续进行测定，根据这种测定方法能够实现长期的高精度测定。

根据所述实施方式，如图1所示，作为突出部2，构成为将{111}面5以及{110}面6交替均等地配置在沿着球状部1的最前端部的{100}面4的轴部侧的边缘外周的环状的区域30。突出部2的硬度具有与其他部位(例如{100}面4)相比最多2倍的硬度。因此，尤其在利用该触针3对具有倾斜度的被测定物的三维形状进行测定时，在球状部1的最前端部的{100}面4发生磨损时，突出部2能够优先接触被测定物而不易发生磨损。其结果是，能够抑制触针3的磨损而实现长寿命的触针3，从而能够长期正确地测定被测定物的三维形状。

需要说明的是，通过将所述各种实施方式或变形例中的任意的实施方式或变形例适当组合，能够起到其各自具有的效果。另外，能够实现实施方式彼此的组合或实施例彼此的组合或实施方式与实施例的组合，并且能够实现不同实施方式或实施例中的特征彼此的组合。

本发明的触针以及测定方法可适用于例如将触针用于被测定物而实施三维形状测定时，能够抑制单晶金刚石的磨损并以长寿命正确地测定的触针以及测定方法。